Eficiência fotossintética e crescimento de genótipos de abacaxizeiro cultivados in vitro em diferentes qualidades de luz, tipos de frasco de cultivo e concentrações de sacarose

Photosynthetic efficiency and genotypes growth of pineapple cultivated in vitro in different qualities of light, growing jar types and concentration of sucrose

PROPAGAÇÃO

Eficiência fotossintética e crescimento de genótipos de abacaxizeiro cultivados in vitro em diferentes qualidades de luz, tipos de frasco de cultivo e concentrações de sacarose¹

Photosynthetic efficiency and genotypes growth of pineapple cultivated in vitro in different qualities of light, growing jar types and concentration of sucrose

Tarcisio Rangel do Couto^I; Jefferson Rangel da Silva^II; Alena Torres Netto^III; Virginia Silva Carvalho^IV; Eliemar Campostrini^V

^IEng. Agr., Mestre em Genética e Melhoramento de Plantas. Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro (UENF), Centro de Ciências e Tecnologias Agropecuárias (CCTA), Laboratório de Melhoramento Genético Vegetal (LMGV), Setor de Fisiologia Vegetal. E-mail: [e-mail]

^IIEng. Agr., Mestrando em Produção Vegetal. UENF/CCTA/LMGV, Setor de Fisiologia Vegetal. E-mail: jefferson-rangel@hotmail. com

^IIIEng. Agr., Doutora em Produção Vegetal. Pós-doutoranda FAPERJ. UENF, Centro de Biociências e Biotecnologia (CBB), Laboratório de Biologia Celular e Tecidual (LBCT). E-mail: [e-mail]

^IVProfessora Doutora. UENF/CCTA, Laboratório de Fitotecnia (LFIT). E-mail: [e-mail]

^VProfessor Doutor. UENF/CCTA/LMGV, Setor de Fisiologia Vegetal. E-mail: [e-mail]

RESUMO

Foram otimizados os protocolos de micropropagação das cultivares de abacaxizeiro 'Vitória' e 'IAC Fantástico', bem como as respostas fotossintéticas e de crescimento destes genótipos à alteração do ambiente de cultivo in vitro. Para as duas cultivares, os tratamentos foram dispostos em DIC, com seis repetições e cinco plantas por repetição, em um esquema de parcelas subsubdivididas, constituídas de qualidade de luz (branca e vermelha), tipo de frasco de cultivo (fechado e ventilado) e concentração de sacarose no meio de cultivo (15 e 30 g L^-1). A avaliação foi feita após 40 dias de cultivo in vitro. Nas condições deste estudo, não houve assimilação fotossintética do carbono. Essa não assimilação foi associada ao comprometimento bioquímico e sem comprometimento na eficiência fotoquímica. A presença da sacarose pode ser considerada o fator responsável pela não assimilação do CO₂. Em comparação à cv. IAC Fantástico, a cv. Vitória apresentou maior crescimento devido à maior absorção de carbono via sacarose adicionada ao meio de cultivo.

Termos para Indexação: 'Vitória', 'IAC Fantástico', micropropagação, Ananas comosus, ventilação.

ABSTRACT

Protocols for the micropropagation of pineapple cv. Vitória and cv. IAC Fantástico were optimized, as well as the photosynthetic and growth responses of these genotypes in response to changing the in vitro environment. For the two cultivars, treatments were arranged in a completely randomized design, with six repetitions and five plants per repetition, in a sub plots subdivided, made up of light qualities (white and red), types of culture vessels (closed and ventilated) and sucrose concentrations in the growth medium (15 and 30 g L^-1). The evaluation was made after 40 days of in vitro culture. Under the conditions of this study there was no photosynthetic carbon assimilation. This non-assimilation was associated with biochemical compromises rather than photochemical efficiency. The presence of sucrose should be the factor responsible for non-CO₂ assimilation. The cv. Vitória showed higher growth than the cv. IAC Fantástico due to the higher carbon absorption via sucrose.

Index terms: 'Vitória', 'IAC Fantástico', micropropagation, Ananas comosus, ventilation.

O abacaxizeiro (Ananas comosus (L.) Merril) é uma planta herbácea, perene, e pertencente à família Bromeliaceae. No Brasil, as cultivares de abacaxizeiro mais plantadas são 'Pérola' e 'Smooth Cayenne', e ambas são suscetíveis à fusariose, principal problema fitossanitário no País. Algumas soluções para evitar essa doença estão relacionadas ao plantio de mudas sadias e frequentes pulverizações com fungicidas. No entanto, a utilização de cultivares resistentes é o método mais eficiente e econômico para o controle da doença (CABRAL et al., 2009). As cultivares Vitória e IAC Fantástico são resistentes a fusariose, sendo o genótipo 'Vitória' um híbrido originado do cruzamento entre 'Primavera' x 'Smooth Cayenne' (VENTURA et al., 2009) e 'IAC Fantástico' um híbrido do cruzamento entre 'Tapiracanga' x 'Smooth Cayenne' (SPIRONELLO et al., 2011).

A propagação comercial do abacaxizeiro é vegetativa, e o método convencional de propagação é feito por meio de mudas formadas a partir de brotações laterais da planta, denominadas filhote, filhote-rebentão ou rebentão, o que contribui para a disseminação de doenças e pragas. A micropropagação surge como uma alternativa bastante promissora. Na micropropagação convencional (MC), as plantas são cultivadas in vitro, em frascos sem trocas gasosas, com alta umidade do ar, baixa luminosidade e com a utilização de açúcares no meio de cultura como fonte de carbono e energia (KOZAI; KUBOTA, 2001).

Devido às condições da MC, as plantas podem apresentar alterações anatômicas e metabólicas que as tornam organismos heterotróficos. Estas alterações podem impossibilitar que a maquinaria fotossintética opere normalmente in vitro. Por isso, algumas alterações no cultivo in vitro (cultivo fotomixotrófico), como a redução da concentração de sacarose do meio de cultura, a ventilação dos frascos de cultivo e a elevação da qualidade e da intensidade da luz podem estimular a capacidade fotossintética das plantas nestas condições, e assim produzir mudas mais rústicas e com melhor adaptação às condições ex vitro (aclimatização) (XIAO; KOZAI, 2004; FUENTES et al., 2007; DAMIANI; SCHUCH, 2008). Diante do exposto, esta pesquisa teve como objetivo buscar a otimização da micropropagação do abacaxizeiro cvs. Vitória e IAC Fantástico, relacionadas à capacidade fotossintética, às relações hídricas e ao crescimento, por meio da alteração na qualidade de luz, no tipo de frasco de cultivo e na concentração de sacarose no meio de cultivo in vitro.

MATERIAL E MÉTODOS

O experimento foi realizado em Campos dos Goytacazes -RJ, na Unidade de Pesquisa em Ecofisiologia/Fotossíntese de Plantas in vitro, situada no Setor de Fisiologia Vegetal do Laboratório de Melhoramento Genético Vegetal - UENF. Foram utilizadas brotações das cultivares de abacaxizeiro 'Vitória' e 'IAC Fantástico' já estabelecidas in vitro e na última fase de multiplicação. As brotações de 'Vitória' foram provenientes do Laboratório BIOMUDAS, Venda Nova do Imigrante - ES, e as brotações de 'IAC Fantástico', da SBW do Brasil Agrifloricultura, Holambra - SP. Para a montagem do experimento, sob condições de câmara de fluxo laminar, foram retiradas as folhas com um corte transversal próximo à base das brotações e, em seguida, foram colocadas cinco brotações em cada frasco do tipo baby food contendo 40 mL de meio de cultura. O meio para o enraizamento foi composto pelos sais de MS e as vitaminas de White (MURASHIGE; SKOOG, 1962), 100 mg _L-1 de mioinositol, 2,7 µmol L^-1 de ANA (ácido naftalenoacético), solidificado com 8 g L^-1 de ágar bacteriológico Vetec^®, pH ajustado para 5,7 e autoclavado por 20 minutos a 1,0 atm e 121 ºC. Neste meio MS, e de acordo com o tratamento aplicado, foi adicionada sacarose nas concentrações de 15 e 30 g L^-1.

Para as duas cultivares, o delineamento experimental foi o inteiramente casualizado, com seis repetições, com cinco plantas por repetição, em um esquema de parcelas sub-divididas, tendo nas parcelas dois tipos de luz (lâmpadas fluorescentes brancas OSRAM^® e lâmpadas vermelhas SCT^® T8-GL), nas subparcelas dois tipos de frascos de cultivo in vitro (fechado e ventilado), com duas concentrações de sacarose (15 e 30 g L^-1). Tanto para o sistema fechado como para o sistema ventilado, a unidade experimental foi constituída de um frasco grande (2,2 L), e, neste frasco, foram colocados quatro frascos menores abertos do tipo baby food - dois frascos com a cv. Vitória e dois frascos com a cv. IAC Fantástico, um com 15 g L^-1 e outro com 30 g L^-1 de sacarose. O sistema ventilado (frascos maiores) adotado foi o proposto por Campostrini et al. (1999). O fluxo de ar injetado no frasco de cultura ventilado foi de aproximadamente 15 mL min^-1, com uma concentração de CO₂ de 380 ppm (proveniente do meio externo ao laboratório). Na vazão de 15 mL min^-1, o ar do frasco de cultivo de 2,2 L era renovado a cada 2 h 45'. No sistema fechado, os frascos maiores (2,2 L), contendo os frascos menores, foram hermeticamente fechados com tampa e filtro de PVC, sem nenhuma troca gasosa com o ambiente externo. A sala de cultivo foi mantida a 27 ± 2 ºC, com temperatura média de 25,6 ºC e umidade relativa média de 76,6%, fotoperíodo de 16 h 8 (luz:escuro), com fluxo de fótons fotossintéticos das lâmpadas brancas e das lâmpadas vermelhas em torno de 85 µmol m^-2 s^-1. O déficit de pressão de vapor médio do ar (DPV) injetado nos frascos ventilados foi de 1,17 KPa. A avaliação da distribuição do espectro da radiação luminosa emitida pelas lâmpadas foi feita com auxílio do aparelho Ocean Optics^® (USB 2000+RAD, USA).

Aos 40 dias após a imposição dos tratamentos in vitro, foi feita a medida da massa da matéria fresca (MFT) (pesagem individual das mudas em balança analítica). Para a massa da matéria seca (MST), efetuou-se a secagem das mudas em estufa a 70 ºC, por 48 horas, e, após, procedeu-se à pesagem individual em balança analítica. Para a determinação da capacidade fotossintética das mudas, foram feitas avaliações relacionadas à eficiência fotoquímica e às trocas gasosas. Na avaliação da eficiência fotoquímica, o rendimento quântico máximo do fotossistema II (PSII) (F_v/F_m) e o photosynthetic index (PI) foram determinados na folha mais desenvolvida por meio do fluorímetro não modulado, modelo Pocket PEA Chorophyll Fluorimeter^® (Hansatech Instruments - King's Lynn, Norfolk). Durante as medidas, foi utilizada uma pinça para a adaptação dos cloroplastos ao escuro, para que todos os centros de reação do fotossistema II (PSII) adquirissem a condição de "abertos", e a perda de calor fosse mínima (STRAUSS et al., 2006). As medidas foram realizadas entre 08 e 12 h. A taxa fotossintética líquida foi determinada colocando-se uma muda inteira (5 cm) na câmara de 250 mL do medidor portátil de trocas gasosas LI-6200^® (LI-COR, Lincoln, NE, USA). Estas medições foram feitas em condições de laboratório, utilizando luz artificial por meio de LEDs vermelhos a uma intensidade de 300 µmol m^-2 s^-1. A estimativa de intensidade de cor verde foi avaliada por meio do medidor portátil de clorofila SPAD-502 Chlorophyll Meter^® (Minolta, Japão), sendo feitas três leituras em cada folha amostrada. Os dados foram submetidos à análise de variância, e as médias referentes às interações foram comparadas pelo teste de Tukey, a 5% de probabilidade. As análises estatísticas foram feitas com o uso do software SAS^® (Statistical Analysis System, 2003).

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A partir da análise de variância, constatou-se que, independentemente da cultivar, o fator sacarose não apresentou significância para nenhuma das variáveis analisadas (dados não mostrados). Sendo assim, esse fator foi desconsiderado, e realizou-se uma análise de variância considerando a parcela como luz, o tipo de frasco de cultivo como subparcela e o genótipo como subparcela. A interação entre luz e genótipo mostra diferenças significativas, com relação às variáveis MST, SPAD, F_v/F_m, PI e para interação frasco e genótipo, quanto às variáveis MST e SPAD (Tabela 1). Para as demais variáveis, foram constatadas diferenças significativas relacionadas aos fatores independentes luz ou genótipo.

As mudas de 'Vitória' apresentaram maior acúmulo de biomassa in vitro do que as mudas de 'IAC Fantástico', com os maiores valores de MFT e MST (Figura 1B, 1D), encontrados na luz branca para MFT, e na luz branca (Figura 1A, 1B) e frasco fechado para MST (Figura 1D). A cv. IAC Fantástico não apresentou diferença significativa quanto ao tipo de luz e frasco para MST (Figura 1C, 1D). Essa diferenciação no padrão de crescimento apresentado pelos genótipos é devido à divergência genética entre os parentais envolvidos nos cruzamentos (VENTURA et al., 2009).

 

A concentração da sacarose utilizada no meio de cultivo (15 e 30 g L^-1) não proporcionou ganhos em biomassa quando se utilizou a luz vermelha e ventilaram-se os frascos de cultivo, visando a estimular um metabolismo fotoautotrófico dos explantes. Por outro lado, Mayak et al. (1998) relataram que, na concentração de CO₂ ambiente, semelhante à utilizada neste experimento, a presença de açúcar no meio de cultivo aumentou a multiplicação in vitro do abacaxizeiro. No presente trabalho, a tentativa de tornar o ambiente fotoautotrófico, por meio da redução na concentração de sacarose (15 g L^-1), a ventilação do frasco de cultivo com 380 ppm de CO₂ e a utilização de luz vermelha não foram bem-sucedidas, na concentração de sacarose utilizada. Segundo Mayak et al. (1998), para o abacaxizeiro, a redução ou a eliminação da sacarose no meio de cultura somente foi possível quando houve incremento na concentração de CO₂ para próximo de 1.000 ppm de CO₂, demonstrando a necessidade de associar a redução da sacarose a concentrações bem mais elevadas de CO₂.

Em relação à intensidade da cor verde - SPAD (IV), verifica-se que houve um acúmulo significativo diferente de clorofila em função do tipo de luz, do genótipo e das interações luz x genótipo e frasco x genótipo (Tabela 1 e Figura 2). A luz vermelha contribuiu para maior intensidade de verde (IV) nas folhas de 'IAC Fantástico', não havendo diferença para a 'Vitória' (Figura 2). Quando comparamos os dois genótipos, a variável IV foi superior para 'Vitória'. Entretanto, para 'IAC Fantástico', e em luz vermelha, o incremento na concentração de clorofilas - IV, acompanhado do incremento na relação F_v/F_m (Figura 3A) e no índice fotossintético (PI) (Figura 3B), não foi suficiente para estimular o crescimento neste genótipo (Figura 1). Torres-Netto et al. (2005 e 2002) mostraram que existe uma relação positiva entre o IV e o F _v/F_m em algumas espécies. O genótipo 'Vitória' apresentou valores de F_v/F_m superiores a 0,80, e o 'IAC Fantástico', valores entre 0,75 - 0,76 (Figura 3A). Esses valores estão dentro da faixa considerada ótima (F_v/F_m de 0,800 ± 0,5) por Bolhàr-Nordenkampf et al. (1989), e este fato evidencia que, nos dois genótipos estudados, houve uma elevada capacidade do fotossistema II em absorver o fóton e reduzir a quinona a (BOLHÀR-NORDENKAMPF et al., 1989); ou seja, houve elevada eficiência da maquinaria fotoquímica. Os valores da relação F_v/F_m mostram que a maquinaria fotoquímica das plantas não foi alterada, quando as plantas estavam em um ambiente fotoautotrófico, associado à redução na concentração de sacarose para 15g L^-1 e à ventilação dos frascos de cultivo.

O índice de vitalidade (PI) de uma planta pode ser caracterizado por meio do índice fotossintético. Esta variável, proposta por Strasser et al. (2000), é um índice que integra três componentes independentes: a densidade dos centros de reação ativos (RCs), a eficiência no transporte de elétrons após Qa ter sido reduzida e a probabilidade de que um fóton absorvido seja capaz de reduzir Qa. A variável PI mostra a atividade dos fotossistemas II e I e pode avaliar o desempenho da planta sob condição de estresse. Segundo os autores, esta variável pode efetuar uma avaliação da eficiência fotoquímica mais completa do que F_v/F_m, uma vez que PI envolve três componentes independentes. Contudo, neste trabalho com abacaxizeiro, as respostas foram semelhantes entre F_v/F_m e PI (Figura 3A e 3B). Ao se correlacionar os dados de F_v/F_m com PI (dados não mostrados), o valor da relação F_v/F_m igual a 0,75 correspondeu a um valor de PI igual a 0,5, mostrando que, para estas cultivares e nas condições de cultivo das plantas, este valor pode ser considerado como crítico. Os valores acima de 0,5 de PI demonstram alta eficiência na maquinaria fotoquímica. Essa variável apresentou efeito significativo para a interação genótipo x luz. A Figura 3B mostra que a variável PI foi afetada pelo tipo de luz utilizada, assim como F_v/F_m , apresentando respostas diferentes entre os genótipos. Para 'Vitória', não houve diferença quanto ao tipo de luz. Para a cv. IAC Fantástico, o maior valor de PI foi encontrado em luz vermelha.

Não houve assimilação fotossintética do carbono (A) in vitro em ambos os genótipos, quando se incidiu sobre as folhas uma intensidade de 300 µmol m^-2 s^-1, independentemente do tipo de luz de cultivo (Figura 4). Não houve efeito significativo da sacarose nem do tipo de frasco de cultivo utilizado, mas o mesmo foi significativo para qualidade de luz e genótipo (Tabela 1). A luz vermelha pode ter contribuído para reduzir a respiração, o que permitiu menor liberação de CO₂, mostrado pelos valores menos negativos de A (Figuras 4A e 4B). Esta resposta foi semelhante para 'Vitória', que apresentou valores de A menos negativos, ou seja, com menor taxa respiratória que a observada para 'IAC Fantástico'. Mayak et al. (1998) relataram que o abacaxizeiro assimilou duas vezes mais ¹⁴CO₂ quando a sacarose do meio foi eliminada, e que as atividades da Rubisco e da PEP-C foram muito maiores quando se removeu o açúcar do meio, na concentração de 380 ppm de CO₂. Outros trabalhos têm mostrado que a presença da sacarose no meio de cultivo pode reduzir a assimilação de CO₂ (DESJARDINS et al., 1995). Diante disso, sugerese que, neste trabalho, a presença de sacarose no meio de cultivo pode ter sido o principal fator a não permitir a assimilação fotossintética do carbono, mesmo que as plantas tenham apresentado uma elevada eficiência fotoquímica do PSII. Em futuros estudos, com uso do ambiente fotoautotrófico in vitro, a injeção de CO₂ a uma concentração maior que 380 ppm e a eliminação da sacarose do meio de cultivo, em associação à maior intensidade luminosa, podem ser uma importante estratégia para otimizar o incremento de biomassa das duas cultivares utilizadas neste estudo.

CONCLUSÕES

1-Não é observada a assimilação fotossintética do carbono in vitro, independentemente da qualidade de luz utilizada e da adição de sacarose como fonte de carbono.

2-A cultivar IAC Fantástico, sob condição de luz vermelha, e em comparação à luz branca, apresenta maiores valores de intensidade verde das folhas (SPAD), de PI e do rendimento quântico máximo do PSII (F_v/F_m), o que não é verificado para a cv. Vitória.

3-O genótipo 'IAC Fantástico' apresenta menor incremento de biomassa (crescimento) que o 'Vitória', sendo essa biomassa produzida por meio do carbono exógeno fornecido via sacarose aplicada ao meio de cultivo e, também, devido à variabilidade genética (genitores) dos dois genótipos ser diferente.

4-A ventilação dos frascos de cultivo, com aumento de trocas gasosas, não é suficiente para melhorar a competência fotossintética das duas cultivares avaliadas.

AGRADECIMENTOS

À FAPERJ e ao CNPq, pelo apoio à pesquisa; às empresas Biomudas e SBW do Brasil, pela disponibilização dos genótipos estudados.

Recebido em: 05-042013.

Aceito para publicação em: 12-12-2013.

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1

( Trabalho 167-13).

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  22 Set 2014
• Data do Fascículo
  Jun 2014

Histórico

• Recebido
  05 Abr 2013
• Aceito
  12 Dez 2013